2000年以来中国大气田勘探开发特征
戴金星, 吴伟, 房忱琛, 刘丹
中国石油勘探开发研究院

作者简介:戴金星,1935年生,中国科学院院士、教授级高级工程师,本刊第七届编委会顾问;主要从事天然气地质学和地球化学方面的研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路20号。E-mail:djx@petrochina.com.cn

通信作者:吴伟。电话:15210876853。E-mail:449595316@qq.com

摘要

截至2013年底,中国共探明51个大气田,天然气储量持续高峰增长、产量快速上升、管网建设蓬勃发展、市场需求旺盛。总结2000年以来中国大气田勘探、开发的特征,可以为发现更多的大气田提供借鉴和思路。中国大气田勘探特征:仅发现于沉积面积大于10×104 km2的盆地,已在9个盆地中探明了大气田;2005年前大气田探明天然气总储量较少,为2.708 588×1012 m3,之后则较大,2013年底探明天然气总储量为8.168 377×1012 m3;大气田储量丰度最大的和最小的相差超过86倍,储量丰度最大的克拉2气田为59.05×108 m3/km2,最小的靖边气田为0.684×108 m3/km2;深度介于3 000~4 500 m的大气田探明储量比例大,占总储量的46.11%。中国大气田开发特征:大气田的产量是中国天然气工业的支柱,2013年大气田总产量达922.72×108 m3,占全国天然气总产量的76.3%;大气田的产量中以煤成气为主,2013年大气田中煤成气总产量为710.13×108 m3,煤成气占全国大气田总产量的77.0%;关键大气田(苏里格、靖边、大牛地、普光、克拉2等气田)的产量是支撑产气大国的基石。

关键词: 中国; 大气田; 煤成气; 勘探; 开发; 储量; 产量; 沉积面积; 产层深度
Exploration and development of large gas fields in China since 2000
Dai Jinxing, Wu Wei, Fang Chenchen, Liu Dan
Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China
Abstract

Up till the end of 2013, the reserves of 51 giant gas fields had been proved in China, contributing a lot to the accelerating recoverable gas reserves and production, prosperous development of gas pipeline construction, and strong gas market demand. Through an overview on the E & P experiences from those giant gas fields over the past decade, we obtained the following findings in two respective parts as valuable reference and paradigm shift in finding more large gas fields. Part Ⅰ: (1) Large gas fields were discovered in 9 basins with each having a sedimentary area of more than 100 thousand m3; the proved cumulative gas reserves before 2005 were only 2.708 588 trillion m3, much less than that after 2005, and reached up to 8.168 377 trillion m3 by the end of 2013. (2) The reserve abundance of large gas fields varies a lot, among which the Kela 2 gas field tops the first with 5.905 billion m3 gas per km2, which is 86 times that of the Jingbian gas field with the smallest reserve abundance. (3) The largest proportion of proved reserves is contributed by the large reservoirs with the buried depth between 3 000 and 4 500 meters, accounting for 46.11% of the total reserves. Part Ⅱ: (1) The yield of large gas fields is the pillar of the natural gas industry of China. In 2013, the total yield of large gas fields in China was 92.272 billion m3, accounting for 76.3% of the total natural gas yield. (2) The yield of coal-derived gas is a major part of the yield of large gas fields. In 2013, the total yield of coal-derived gas from large gas fields was 71.013 billion m3, accounting for 77.0% of the total yield of large gas fields in China. (3) The yield of major large gas fields including Sulige, Jingbian, Daniudi, Puguang, and Kela 2, etc. is the cornerstone in making China a major gas producer.

Keyword: China; Large gas field; Coal-derived gas; Exploration; Development; Reserves; Yield; Sedimentary area; Buried depth

进入21世纪, 中国天然气产业整体呈现出良好的发展态势:储量持续高峰增长、产量快速上升、管网建设蓬勃发展、市场需求旺盛。总结2000年以来中国大气田勘探、开发的特征, 可以为发现更多的大气田提供借鉴和思路。我国把探明天然气地质储量等于或大于300× 108 m3的气田称为大气田。探明天然气地质储量处于边界的个别大气田(千米桥、玛河和番禺30-1气田等), 由于之后天然气地质储量核算值降低而被除名。因此, 目前中国探明大气田的数量较之于以往的研究成果[1, 2]有所变化。截至2013年底, 中国探明的51个大气田地理与年代分布情况如图1、2所示。

1 勘探(地质)特征

关于中国大气田的地质特征, 包括形成条件、分布规律、主控因素、储层岩性及年代, 天然气成因及气源、圈闭和成藏期次等, 前人已有不少的研究成果[3, 4, 5, 6, 7, 8], 此不赘述。以下仅涉及尚少研究的勘探特征。

1.1 大气田发现集中在面积逾10× 104 km2的盆地

中国共有沉积盆地417个, 其中面积大于10× 104 km2的18个, 介于1× 104~10× 104 km2的67个, 小于1× 104 km2的332个[9]。从图1可见:我国已在四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、准噶尔、松辽、莺琼、东海、珠江口9个盆地发现了大气田(台湾盆地发现铁砧山大气田, 由于具体储量不明, 故未包括在内, 下同)。我国发现大气田的盆地面积最大的为塔里木盆地(约56× 104 km2), 盆地面积最小的为柴达木盆地(10.4× 104 km2), 目前尚未在盆地面积小于10× 104 km2的沉积盆地发现大气田。

图1 中国主要沉积盆地和大气田分布图(截至2013年底)

图2 中国历年探明大气田数量及储量级别统计图

由于我国18个面积大于10× 104 km2的盆地中仅有9个发现了大气田, 还有9个盆地具有发现大气田的良好远景。除了在已发现大气田的9个面积大于10× 104 km2盆地继续发现大气田外, 另外9个未发现大气田的盆地潜力也很大。因此, 中国今后有可能陆续探明更多大气田。

沉积盆地越大, 往往烃源岩面积也随之增大且层位增多, 构造也稳定, 为形成大气田提供了充足气源和良好保存两个最关键的条件, 所以大盆地形成大气田往往储量就大、数量就多、产量就高。

中国面积最大的盆地— — 塔里木盆地迄今发现大气田9个, 这里有全国天然气储量丰度最大的克拉2气田, 也是我国第一个年产气量超过100× 108 m3的气田(2007年); 还有中国累计产气量最多的气井— — 克拉2-7井, 该井至2014年8月底累计产气101.777 6× 108 m3。鄂尔多斯盆地是中国第三大盆地, 面积为25× 104 km2, 迄今已发现大气田9个, 其中苏里格气田2013年底天然气储量达1.272 58× 1012 m3, 年产气212.2× 108 m3, 是中国储量最大、年产气量最高的气田。同时鄂尔多斯盆地2013年产气379.63× 108 m3, 成为中国产气最多的盆地, 年产气量占全国的31.4%。

世界上有4个面积大于100× 104 km2的盆地(波斯湾盆地、西西伯利亚盆地、墨西哥湾盆地和阿尔伯达盆地), 在其中都发现了大量大气田和顶级大气田。波斯湾盆地面积为256.5× 104 km2, 是世界第一大盆地, 在此探明储量超过1 000× 108 m3的大气田达41个, 其中储量超过1.0× 1012 m3的特大气田7个, 世界上储量最大的气田— — 北方— 南帕斯气田(天然气储量达42.52× 1012 m3)就在该盆地内。西西伯利亚盆地面积为250× 104 km2, 是世界第二大盆地, 在此探明储量超过1 000× 108 m3的大气田至少24个, 其中储量超过1× 1012 m3的特大气田10个, 世界上第二大气田— — 乌连戈伊气田储量为13.5× 1012 m3, 1989年的年产天然气量为3 300× 108 m3[10], 分别占当年苏联(俄罗斯)和世界天然气总产量的41.4%和15.7%。

1.2 发现大气田盆地的储量

图3可见, 中国9个发现大气田盆地的天然气储量从发现时间和天然气类型上有所不同。在发现时间上, 2005年是个拐点, 其前仅在鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、莺琼盆地和东海盆地发现了大气田且总的储量相对较小, 总共为2.708 588× 1012 m3。从2005年— 2013年增加了松辽盆地、准噶尔盆地和珠江口盆地大气田的储量, 故大气田的总储量大大增加, 达8.168 377× 1012 m3。从天然气的类型来分析, 具有两个特征:①煤成气占优势, 2013年全国大气田中煤成气总储量占大气田总储量的74.6%; ②虽然全国9个盆地大气田都有煤成气储量, 但其在各盆地的贡献值不同, 煤成气储量排名前三位分别为鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地, 2013年其探明煤成气总储量分别为2.861 415× 1012 m3、1.481 989× 1012 m3和0.793 651× 1012 m3

图3 2000年— 2013年中国各盆地煤成气及其他类型天然气探明地质储量统计图

1.3 大气田的储量丰度

中国大气田的储量丰度最大的和最小的相差悬殊, 达86倍之多, 储量丰度最大的克拉2气田为59.05× 108 m3/km2, 而储量丰度最小的靖边气田仅为0.684× 108 m3/km2。鄂尔多斯盆地9个大气田储量丰度均低, 其中储量丰度最高的大牛地气田也仅为2.289× 108 m3/km2, 我国储量丰度小于1× 108 m3/km2的3个大气田(靖边、米脂和子洲气田)均在该盆地。这显然与鄂尔多斯盆地大气田储层岩性为致密砂岩有关[11, 12]

虽然中国大气田储量丰度最小仅为0.684× 108 m3/km2, 但国外还有储量丰度更小的, 如加拿大埃尔姆沃斯大气田储量丰度仅为0.37× 108 m3/km2。世界上储量丰度最大气田是美国的洛克里吉(Loekrige)气田, 储量丰度高达102.2× 108 m3/km2

中国和国外大气田的储量丰度比较有相似之处(图4)。由图4可知:储量丰度介于(1~5)× 108 m3/km2的大气田占首位, 其次为储量丰度介于(5~10)× 108 m3/km2的大气田, 而储量丰度小于1× 108 m3/km2的大气田所占比例则不大。所不同的是中国储量丰度大于30× 108 m3/km2的大气田比例低, 而国外则较高。

图4 世界大气田储量丰度分布直方图

1.4 大气田的深度

至2013年底, 中国已探明的51个大气田中, 气层最深的是位于塔里木盆地的克深2大气田, 产气层深度介于6 550~6 987.3 m, 气层最浅的是位于柴达木盆地的涩北二号大气田, 产气层深度介于400~1 420 m。由图5可见:我国大气田气层埋深主要介于3 000~4 500 m。1990年张子枢统计了国外储量大于1 000× 108 m3、500× 108 m3和300× 108 m3的大气田储量与埋深的关系(表1)[3]。由表1可知, 国外236个储量大于300× 108 m3和293个储量大于500× 108 m3的大气田中, 埋深介于1 500~3 000 m的储量分别占总储量49.9%和56.2%, 为大气田储量的黄金井段, 而储量大于1 000× 108 m3的114个大气田, 其储量的黄金井段则更浅, 即小于1 500 m的占52.8%。我国大气田储量黄金井段比国外的更深, 即集中在3 000~4 500 m井段的储量占全国天然气总储量的46.11%(图5)。由此可见, 我国大气田勘探难度和成本均比国外的要大。

图5 中国大气田埋深和发现年代关系图

表1 天然气储量在深度上的分布统计结果表

随着油气勘探理论和手段以及钻井、开发工艺技术等的日益进步, 加之油气需求量的逐年增加, 油气勘探呈现出由浅至深、由易到难的变化趋势。如今深层油气勘探已成为一个重要的方向。不同学者、不同国家和不同机构对深层的定义和标准都不尽相同。通常把大量液态烃的生成趋于结束而转变为气态烃的生成深度作为深层界线。由于各盆地的地温梯度不同, 故不同盆地深层的深度不一。地温梯度高的则深层的深度浅些, 反之亦然。地温梯度高的渤海湾盆地和松辽盆地深层的深度标准大于3 500 m[13, 14]; 李小地认为, 深度超过4 000 m才为深层[15]; 周世新等把深度大于4 000 m或4 500 m的称为深层[16]。国际上把埋深大于或等于15 000 ft(约4 500 m, 1 ft=0.304 8 m)划为深层; 全国矿产储量委员会(简称全国储委)颁布的《石油天然气储量计算规范》(2005)把深度介于3 500~4 500 m定义为深层, 大于4 500 m定义为超深层; 中国钻井工程界普遍采用的标准是:深度介于4 500~6 000 m为深层, 大于6 000 m为超深层。2014年9月召开的第四届石油地质基础研究进展学术研讨会, 以深层— 超深层油气地质与成藏为主题, 与会学者认为以大于或等于4 500 m为深层。综上所述, 以大于或等于4 500 m为深层是各方的主流认识。

图5可见:中国深层大气田的探明主要集中在2000年之后。其后随年代进展深层大气田探明数量增多, 21世纪以来中国探明了11个深层大气田, 第一个深层大气田迪那2大气田(深度介于4 750~5 590 m)于2002年探明。目前储层在6 000 m以深的2个大气田(克深2、元坝气田)气层埋深分别为6 550~6 987.3 m和6 480~6 880 m。世界上最深的气田为美国米尔斯· 兰奇气田(产气层深度介于7 663~8 083 m), 探明储量为365× 108 m3, 单井产量为6× 104 m3/d[17]

由此可以预见, 中国深层天然气勘探潜力还很大。

2 开发特征

在此不涉及开发技术方法及工程工艺等特征, 仅研究大气田产出气的类型、数量及在中国天然气工业发展中的意义等特征。

图6可见, 中国大气田的天然气年总产量随年代推进不断增长, 2000年大气田产量为90.92× 108 m3, 占全国天然气总产量的34.33%; 而2013年产气量为922.72× 108 m3, 占全国天然气总产量的76.3%。可见, 大气田是中国天然气工业发展的顶梁柱。

2.1 大气田产量中以煤成气为主

图6图7可见, 在中国大气田产量中, 煤成气起到了主宰作用:2000年大气田总产量为90.92× 108 m3, 其中煤成气为70.62× 108 m3, 煤成气占全国大气田总产量的77.7%; 2013年大气田总产气量为922.72× 108 m3, 其中煤成气为710.13× 108 m3, 煤成气占全国大气田总产量的77.0%。由图7可见, 2008年和2009年煤成气产量占全国大气田总产量的比例达到高值, 为90%。

图6 2000年— 2013年中国大气田产量及其比例变化情况图

图7 2000年— 2013年中国大气田年产量与其中煤成气产量的关系图

2.2 关键大气田产量是支撑产气大国的基石

在支撑我国成为产气大国的各大气田中, 往往是其中几个关键气田起了重大作用[18]。所谓关键大气田系指储量为全国前几位或储量丰度很大的大气田, 中国天然气储量排名第一、二、四、五名的苏里格大气田、靖边大气田、大牛地大气田和普光大气田, 全国储量丰度最大的克拉2大气田, 这五个关键大气田2001年— 2013年产量占全国天然气总产量的比例从近11.0%逐年上升至38.0%(图8), 其中苏里格气田2013年产气量达212.2× 108 m3, 占全国天然气总产量的17.6%。卡塔尔依靠北方大气田、荷兰依靠格罗宁根大气田、俄罗斯依靠乌连戈伊大气田等关键大气田成为产气大国。以俄罗斯为例, 该国依靠乌连戈伊、亚姆堡和扎波里扬尔这3个关键大气田, 从1995年— 2012年各年3个气田合计产气量均在(5 000~6 200)× 108 m3范围内(图9)。2004年, 上述3个关键气田合计年产气4 582.3× 108 m3, 占俄罗斯全国总产气量的75.4%[18]

图8 2001年— 2013年中国关键大气田年总产量和占全国产气量的比例图

图9 1995年— 2012年俄罗斯关键大气田总产量和占全俄年产量的比例图 注:关键大气田年产量据Wood数据库

3 中国天然气工业发展前景展望

一个国家天然气发展前景的优劣, 主要由资源潜力和开发(生产)潜力决定。资源潜力的基础是资源量的多少, 开发(生产)潜力则取决于储量。

3.1 天然气资源量

3.1.1 常规天然气资源量

我国常规天然气地质资源量1981年为(5.4~7.0)× 1012 m3[19], 至2010年为63× 1012 m3, 而可采资源量为(39.0~39.2)× 1012 m3[20]。这些资源量是经30年多学者多部门多次评价所获得的[21], 故可信度高, 我国常规气可采资源量可与世界上产气大国媲美(表2)[22], 故我国天然气工业有可持续发展的基础。

表2 中国和国外主要产气国的常规气资源量、储量和非常规气资源量表

3.1.2 非常规天然气的资源量

非常规天然气主要包括致密砂岩气、页岩气、煤层气和天然气水合物。目前在生产中起重要作用的为前三者, 故本文仅述及前三者对近期天然气工业发展的意义。全球致密砂岩气、页岩气和煤层气资源量一种说法是约为921.9× 1012 m3; 另一种说法是介于(800~6 521)× 1012 m3, 相当于常规天然气资源量的1.7~13.8倍[23]。上述数据说明非常规天然气资源前景被看好。美国是非常规气研究、勘探开发的先行者, 并于20世纪80年代对致密砂岩气、20世纪90年代对煤层气、21世纪初对页岩气实现了大规模开发, 使美国近年来成为世界第一产气大国。

中国对非常规气的研究和勘探开发比美国滞后, 但从中国与美国致密砂岩气、页岩气和煤层气的可采资源量和可采储量对比情况来看(表3), 尽管2013年上述3类气产量差别很大, 但两国的可采资源量相近, 说明中国今后上述3类气开发潜力很大, 是中国天然气工业持续发展的重要支撑。

表3 中国与美国非常规气可采资源量、可采储量及年产量对比表
3.2 天然气可采储量

一个国家天然气剩余可采储量的多少, 是量度其天然气生产前景、行业兴衰的基础。

3.2.1 常规天然气的剩余可采储量

表2中列出了俄罗斯、美国、中国、伊朗、加拿大和沙特阿拉伯6个产气大国2013年常规气剩余可采储量、年产量和储采比。俄罗斯、伊朗和沙特阿拉伯储采比大, 说明它们天然气年产量不仅可以长期稳定而且还有提高的基础; 而美国和加拿大储采比均在13左右, 要保持目前年产量长期稳定难度大, 要提高年产气量条件欠佳; 中国储采比为28, 说明具备保持目前的年产量并可提高的条件。

3.2.2 非常规天然气的剩余可采储量

表3可见, 中国和美国致密砂岩气、页岩气和煤层气的可采资源量相近, 但致密砂岩气可采储量差距在4倍以上, 两国的页岩气和煤层气的剩余储量差值很大。中美两国致密砂岩气、页岩气和煤层气可采资源量和可采储量的差值大小也反映在其2013年各自的气产量上。这一方面说明了目前页岩气和煤层气产量对我国天然气工业贡献值不大; 另一方面也说明页岩气和煤层气今后可采储量潜力大, 是今后我国天然气工业持续发展的重要潜在力量。

4 结论

至2013年底中国共探明51个大气田。2000年— 2013年中国大气田的勘探开发特点如下。

1)勘探特征:大气田发现在沉积面积大于10× 104 km2的盆地; 已在9个盆地中探明了大气田, 2005年之前探明天然气储量较少, 之后则较大; 大气田储量丰度最大的和最小的相差达86倍多; 中国产气层深度介于3 000~4 500 m的大气田所探明的天然气储量占我国天然气总储量的46.11%。

2)开发特点:大气田的产量是中国天然气工业的支柱; 大气田的产量中, 以煤成气为主; 关键大气田(苏里格、靖边、大牛地、普光、克拉2等气田)的产量是支撑产气大国的基石。

The authors have declared that no competing interests exist.

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